基于整機(jī)輪換修理的艦船備件需求預(yù)測(cè)方法*

邵松世 胡光振 張青煜

（1.海軍工程大學(xué)艦船與海洋學(xué)院 武漢 430033）（2.東部戰(zhàn)區(qū)海軍保障部 寧波 315122）

1 引言

艦船備件作為有效實(shí)施艦船維修保障活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)備件需求是實(shí)現(xiàn)艦船備件精確化保障的關(guān)鍵。影響備件需求準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的因素不僅包括備件保障要求的合理確定、備件可靠性指標(biāo)的準(zhǔn)確掌握等因素，還與裝備維修方式與實(shí)施時(shí)機(jī)等因素密切相關(guān)［1～2］。因此，艦船裝備的備件需求預(yù)測(cè)建立需要充分考慮艦船裝備維修的影響［3～5］。

裝備整機(jī)大部件輪換修理是減少艦船裝備維修時(shí)間、有效提高艦船在航率的重要維修措施。對(duì)于執(zhí)行戰(zhàn)備任務(wù)的艦船裝備而言，實(shí)施整機(jī)大部件輪換修理可以確保艦船裝備在執(zhí)行任務(wù)前處于良好技術(shù)狀態(tài)；同時(shí)考慮到艦船通過(guò)裝備的數(shù)量冗余或功能冗余等設(shè)計(jì)，允許艦船在海上執(zhí)行任務(wù)期間部分裝備發(fā)生故障而不影響遂行任務(wù)，即裝備故障不影響任務(wù)成功時(shí)將采取海上暫不修理而在靠岸后通過(guò)整機(jī)大部件輪換的模式，實(shí)現(xiàn)艦船裝備技術(shù)狀態(tài)的快速恢復(fù)。由此可見(jiàn)，裝備的整機(jī)大部件輪換修理模式實(shí)際上是一種新型的事后維修與任務(wù)后檢修相結(jié)合維修模式［6～8］，不僅可以充分有效提升艦船在航率，而且還可以有效減輕艦員維修負(fù)擔(dān)，已成為艦船裝備重要的維修保障模式。

裝備的整機(jī)大部件輪換修理模式直接影響到艦船備件的需求時(shí)機(jī)與數(shù)量［9～11］。因此，本文首先分析整機(jī)大部件輪換修理模式下的備件需求特點(diǎn)，研究了基于維修驅(qū)動(dòng)的艦船備件需求模型，分析新維修模式下的艦船備件保障效益。

2 整機(jī)大部件輪換修理模式下的備件需求特點(diǎn)

備件是為裝備維修服務(wù)的。備件的儲(chǔ)備必須適應(yīng)艦船維修活動(dòng)對(duì)備件的需求。應(yīng)對(duì)艦船維修方式，艦船裝備維修保障備件需求具有以下特點(diǎn)。

1）艦船備件保障以滿足裝備維修、提高艦船任務(wù)成功為首要目標(biāo)。艦船裝備維修方式的不斷改革，其根本目的是提高艦船任務(wù)成功性。備件作為裝備維修保障的物質(zhì)基礎(chǔ)，必須以滿足裝備維修保障活動(dòng)為目標(biāo)。因此，備件需求時(shí)機(jī)與品種數(shù)量都應(yīng)與艦船裝備的維修方式相適應(yīng)，而不是與裝備故障時(shí)刻完全對(duì)應(yīng)，亦即艦船裝備備件需求時(shí)刻實(shí)際上是裝備故障維修時(shí)刻。由于整機(jī)大部件輪換修理模式實(shí)際上是一種導(dǎo)致影響任務(wù)的海上搶修與靠岸集中檢修相結(jié)合的維修模式，因此，裝備整機(jī)大部件輪換修理模式下的備件需求與裝備故障是分離的。

2）整機(jī)大部件輪換修理模式下的艦船備件需求時(shí)機(jī)相對(duì)集中。受維修方式的影響，備件需求時(shí)機(jī)常常是整機(jī)大部件岸基修復(fù)等固定的維修時(shí)刻。因此，艦船在航備件需求主要在岸基集中維修活動(dòng)與海上現(xiàn)場(chǎng)維修活動(dòng)實(shí)施期間發(fā)生。由于整機(jī)大部件輪換修理模式實(shí)際上通過(guò)整機(jī)大部件輪換方式，將裝備修理活動(dòng)更加集中于岸基，因此，其備件需求更多地集中于整機(jī)大部件的靠岸修理。相對(duì)而言，GJB4355-2002［12］推薦備件需求預(yù)測(cè)模型均假定了備件需求時(shí)刻與裝備故障時(shí)刻相同，因此GJB4355-2002推薦的方法并不適應(yīng)新模式下的艦船備件需求預(yù)測(cè)。

3）艦船備件配置應(yīng)考慮保障對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系。隨著裝備標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化程度越來(lái)越高，裝備所屬部件/備件的通用化程度也越來(lái)越高，表現(xiàn)為：裝備所屬單元/部件的裝機(jī)數(shù)量較大，不同型號(hào)裝備的備件相互通用。備件的通用性實(shí)際上要求在開(kāi)展備件配置時(shí)應(yīng)考慮保障對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，多裝機(jī)數(shù)的單元（部件）在艦船裝備備件中占比較高。如某艦船專業(yè)器材共計(jì)包含4905項(xiàng)，器材裝機(jī)數(shù)情況如表1所示。

表1 某艦船專業(yè)器材裝機(jī)量分布情況統(tǒng)計(jì)表

從表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：在全部4905項(xiàng)器材中，裝機(jī)數(shù)大于1的共計(jì)3198項(xiàng)，占比65.2%，這些器材所對(duì)應(yīng)的裝備單元/部件大多數(shù)以并聯(lián)或混聯(lián)的形式共同完成規(guī)定的功能。因此，這些裝備所屬單元/部件實(shí)際上是一種關(guān)系。從備件需求預(yù)測(cè)角度來(lái)看，必須充分考慮裝備所屬單元/部件這種冗余關(guān)系對(duì)備件配置的影響，以便更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)備件需求量。

3 基本假設(shè)

假設(shè)1：在艦船執(zhí)行任務(wù)前，通過(guò)整機(jī)大部件輪換修理，艦船裝備均處于良好的技術(shù)狀態(tài)。

假設(shè)2：在艦船任務(wù)期間，當(dāng)正常部件故障個(gè)數(shù)不小于k，即不影響系統(tǒng)工作時(shí)，不進(jìn)行海上搶修維修，而是待換修時(shí)將整機(jī)大部件在岸基進(jìn)行集中維修，恢復(fù)其技術(shù)狀態(tài)。

假設(shè)3；當(dāng)正常部件個(gè)數(shù)小于k時(shí)，立即對(duì)所有故障件采取換件修理。

4 基于整機(jī)大部件輪換修理模式下的艦船備件保障概率模型

由文獻(xiàn)［5］，在一個(gè)海上任務(wù)周期[0,T0]內(nèi)，當(dāng)所有部件獨(dú)立工作，且壽命均服從指數(shù)分布E(λ)時(shí)，系統(tǒng)的備件需求量N的概率分布為

式（5）實(shí)際上是在裝備相關(guān)部件發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)其冗余功能而可以不進(jìn)行海上搶修的概率。因此，將該概率PV成為不動(dòng)用隨艦備件概率。顯然不動(dòng)用隨艦備件概率PV越大，表示海上搶修任務(wù)越少，越適合整機(jī)大部件輪換修理模式的實(shí)施。

5 備件需求規(guī)律的數(shù)值分析

由第2節(jié)可知，裝機(jī)數(shù)大于1的部件大量存在于艦船裝備中。以裝機(jī)數(shù)為4的某型部件為例，在該部件有兩個(gè)正常的情況下即可保持設(shè)備正常工作，因此這4個(gè)部件實(shí)際上構(gòu)成了關(guān)系。若該部件的故障率λ=0.0002，任務(wù)周期長(zhǎng)度T0=2000小時(shí)，則計(jì)算得到該部件在關(guān)系下的備件需求分布見(jiàn)表2所示，分布特征如表3所示。

為了研究本節(jié)提出的備件需求預(yù)測(cè)方法與GJB4355-2002的差別，根據(jù)GJB4355-2002建議方法計(jì)算這4個(gè)部件的備件需求分布及其數(shù)值特征，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的配置方法，這4個(gè)備件任意一個(gè)發(fā)生故障后都需進(jìn)行維修。由此得到該部件的需求分布見(jiàn)表2所示，其數(shù)值特征見(jiàn)表3。

表2 備件需求分布（k=2，n=4，λ=0.0002，T0=2000）

表3 備件需求分布特征（k=2，n=4，λ=0.0002，T0=2000）

圖1 (G)關(guān)系下和GJB4355-2002模型在一個(gè)周期內(nèi)n-k+1+j個(gè)單元發(fā)生故障示意圖

特別地，在整機(jī)大部件輪換修理模式下，該系統(tǒng)不動(dòng)用隨艦備件概率為PV=P(N≤2)=0.8921，而在GJB4355-2002所規(guī)定的模式下，該系統(tǒng)動(dòng)用隨艦備件的概率僅為PV=P(N≤0)=0.2019。

從計(jì)算結(jié)果可以得到如下結(jié)論：

1）基于(G)關(guān)系下的備件需求分布是在考慮新的整機(jī)大部件輪換修理模式下給出的，是裝備維修備件消耗的真實(shí)反映。從圖1可以看出，在一個(gè)任務(wù)期間內(nèi)，當(dāng)該部件故障次數(shù)不超過(guò)2，即不需要對(duì)該部件進(jìn)行海上換件維修的概率很高，其概率達(dá)到89.21%。這一計(jì)算結(jié)果某種程度上也解釋了當(dāng)前維修模式下艦船隨艦備件利用率低下的產(chǎn)生原因，說(shuō)明許多情況下海上維修活動(dòng)并不需要該備件。相對(duì)應(yīng)地，利用GJB4355-2002計(jì)算得到的海上維修活動(dòng)不需要這種備件的概率結(jié)果只有20.19%。由此可見(jiàn)，艦船任務(wù)期的備件需求必須充分考慮其維修方式的影響。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，艦船海上期間的裝備維修保障越來(lái)越表現(xiàn)為岸基集中修理與海上事后修理相結(jié)合的特點(diǎn)，并且尤其重視岸基集中修理的作用。本文針對(duì)這一維修模式特點(diǎn)，建立了整機(jī)大部件輪換修理模式下的艦船備件保障概率模型，分析了常見(jiàn)(G)系統(tǒng)在一個(gè)任務(wù)期內(nèi)的備件需求規(guī)律，結(jié)果表明新維修模式有利于減少隨艦備件攜帶量，提高備件利用率。